Благородные металлы

Благородные металлы — это металлы, которые в минимальной степени подвержены коррозии и окислению. Именно этим свойством благородные металлы отличаются от остальных металлов.

У рядового обывателя сразу возникает вопрос – какие металлы благородные, а какие нет?

В природе существует всего 8 благородных металлов: серебро, золото, платина, рутений, родий, палладий, осмий, иридий.

Сразу следует оговорить такой важный нюанс. Многие люди, весьма далекие от химии, считают, что существует группа благородных металлов. Спешим разочаровать, такой группы нет. Если взглянуть на периодическую таблицу химических элементов, то можно увидеть, что все 8 благородных металлов расположены в V и VI периодах (группы 8, 9, 10, 11).

Таким образом, условная таблица благородных металлов будет иметь следующий вид:

Цветные и благородные металлы

Иногда можно услышать выражение «благородные цветные металлы». Это примерно то же самое, что «мокрая вода». Благородные металлы являются цветными металлами, поскольку не окисляются на воздухе.

Говоря простым языком, можно сказать, что цветными называют металлы, которые не ржавеют. Т.е., это те металлы, которые не содержат железо. Благородные металлы относятся к группе цветных металлов, которая весьма обширна (медь, цинк, олово, алюминий, хром, свинец и проч.). 

История благородных металлов 

Название «благородные» данные металлы получили еще в древности за свою высокую химическую стойкость и характерный блеск.

Самыми распространенными в природе благородными металлами являются серебро и золото. Поскольку, они, большей частью присутствуют в земной коре в виде самородков, то человек научился их добывать еще несколько тысячелетий назад. Об этом свидетельствуют находки археологов, которые в древних захоронениях состоятельных людей часто обнаруживают серебряные и золотые украшения.

Главными центрами добычи золота и серебра в древности были Верхний Египет, Нубия, Испания, Колхида, районы Центральной и Южной Америки, Индия, Алтай, Казахстан, Китай. В России золото начали добывать ориентировочно во втором-третьем тысячелетии до нашей эры.

Самым распространенным методом добычи благородных металлов в древности была промывка песка, которую проводили при помощи шкур короткошерстных животных. Позже появились примитивные желоба, лотки и ковши.

По мере развития цивилизации люди научились добывать благородные металлы из руд нагреванием породы. Разогретая до растрескивания руда затем подвергалась дроблению и растиранию, с последующей промывкой.

Древние египтяне разделяли сплавы серебра и золота при помощи кислот. Древние греки научились извлекать золото амальгамированием ртутью и сбором частиц при помощи жировой поверхности.

Платину в древности называли «белым золотом», «лягушачьим золотом». Самородки платины иногда находили вместе с золотом, но, поскольку платина не обладала таким красивым металлическим блеском, в свое время она не была оценена по достоинству. Более того, платину иногда использовали для подмены золота в монетах и ювелирных изделиях.

О том, что платина является таким же ценным металлом, как и золото, люди поняли гораздо позже. Лишь только в 1735 году  платину начали добывать в промышленных масштабах в Колумбии.

Палладий, родий, иридий, осмий и рутений были открыты лишь в начале 19-го века. Все эти благородные металлы относятся к редкоземельным элементам. 

Свойства благородных металлов

Выше уже было сказано, что свое название благородные металлы получили из-за своей высокой коррозионной стойкости.  Это одно из главных свойств благородных металлов, выгодно отличающие их от остальных металлов. Большинство благородных металлов имеют высокую плотность и температуру плавления.

• Ag (серебро) – 10 г/см³; Т_{плавления} = 960,5°С
• Au (золото) – 19,6 г/см³; Т_{плавления} = 1063°С
• Pt (платина) – 21,6 г/см³; Т_{плавления} = 1769°С
• Pd (палладий) – 12,2 г/см³; Т_{плавления} = 1550°С
• Ru (рутений) – 12,5 г/см³; Т_{плавления} = 2310°С
• Rh (родий) – 12,4 г/см³; Т_{плавления} = 1960°С
• Os (осмий) – 22,5 г/см³; Т_{плавления} = 3050°С
• Ir (иридий) – 22,6 г/см³; Т_{плавления} = 2443°С

Поскольку самыми распространенными благородными металлами являются серебро и золото, кратко остановимся на их свойствах.

Свойства серебра

Серебро – металл белого цвета, блестящий и мягкий, обладает высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью.

В нормальных условиях серебро не взаимодействует с кислородом. При нагревании до 170°C образует оксидную пленку: 4Ag + O₂ = 2Ag₂O.

Серебро не вступает в реакцию с водой и щелочными растворами.

С азотной кислотой серебро достаточно легко вступает в реакцию, причем, как с разбавленной, так и с концентрированной.

А вот с концентрированной серной кислотой серебро вступает в реакцию только при нагревании: 2Ag + 2H₂SO₄ = Ag₂SO₄ + SO₂ + 2H₂O.

Свойства золота

Золото – металл золотисто-желтого цвета. Не в последнюю очередь благодаря своему красивому внешнему виду золото нашло очень широкое применение в ювелирной промышленности.

Золото является мягким и очень пластичным металлом. Сусальное золото – это практически прозрачная фольга толщиной в несколько микрон. Сусальное золото нашло широкое применение в золочении разнообразных художественных и религиозных изделий. Золоченые изделия приобретают очень привлекательный вид, который сохраняется на протяжении длительного времени.

Золото хорошо проводит тепло и электричество, не растворяется в щелочных и кислых растворах.

С галогенами золото вступает в реакцию при нагревании: 2Au + 3Cl₂ = 2AuCl₃.

Золото растворяется в царской водке (смесь азотной и соляной кислоты), а также в ртути, образуя амальгаму.

Кислородные соединения золота при незначительном нагревании легко разлагаются со взрывом, например, гремучее золото взрывается при 145°C.

Сплавы благородных металлов

Одним из главных недостатков золота являются его достаточно низкие механические показатели. Для их увеличения применяют сплавы золота с серебром, платиной или медью. Такие сплавы обладают хорошими механическими свойствами. Например, 900 проба золота состоит из 90% золота, 4% серебра и 6% меди. Такой сплав нашел широкое применение в стоматологической ортопедии. 750 проба включает 75% золота, по 8% серебра и меди, 9% платины. Такой сплав применяется для изготовления каркасов бюгельных протезов, вкладок, штифтов, крампонов и проволоки.

Серебро в чистом виде практически не применяется, поскольку вступает в реакцию с сероводородом и поваренной солью. Как правило, серебро входит в состав золотых сплавов и припоев, которые используются при пайке золота, меди, нержавеющей стали.

Платина применяется, как в чистом виде, так и в сплавах. Платиновые сплавы обладают высокой прочностью и хорошо обрабатываются.

Серебряно-палладиевые сплавы:

• ПД-250 (палладий - 24,5%; серебро – 72,1%),
• ПД-240 (палладий 18,5%; серебро 78%),
• ПД-190 (палладий – 13,5; серебро – 53,9%),
• СПС (Липеца) серебро 72%, палладий 22%, золото 6%.

Применение благородных металлов

Благородные металлы нашли широчайшее применение в народном хозяйстве:

• Как валютный металл (золото, в гораздо меньшей мере серебро)
• В электротехнике – контакты с высокой степенью надежности
• Изготовление малогабаритных электрических приборов – магнитные сплавы благородных металлов с высокой коэрцитивной силой
• Потенциометры для автоматических приборов и тензометров – сплавы палладия с серебром
• В химической промышленности – детали, работающие в агрессивной среде
• В медицине – изготовление инструментов, протезов, разнообразных препаратов (серебро), игл для шприцев (сплав платины с иридием, палладием и золотом).
• В электронике – контакты в полупроводниковых элементах.
• В ювелирном деле.
• Изготовление защитных покрытий.
• Припои и антифрикционные сплавы
• Катализаторы в химической промышленности.